新蓝牙4.2方案排排坐，智能硬件、Beacon们准备好了吗？

什么是好的物联网产品？什么是成功的智能硬件？最新趋势解释，‘刚需物件+嵌入式模块+物联网概念’是构成智能硬件发展成功的主要因素。在这中间，刚需指的是人们日常生活中的必须品，嵌入式模块则基本具备处理器、传感器和连网功能，最后能通过APP与手机互动，实现各类应用。在这些成功元素中，蓝牙技术兼具极高的手机装载量，以及成本、功耗、安全性等优势，成为很多开发人员开发智能硬件产品时的首选考虑。在近期的2015蓝牙亚洲大会上，EDN China关注到几款最新的蓝牙4.2解决方案，涉及单芯片、蓝牙模块、能量采集PMIC等领域，可适用于可穿戴、智能家居、智能硬件及Beacon的开发，颇具行业代表性，或许可以为物联网产品开发、智能硬件设计提供进一步的便利与更好的功能实现。工欲利其器，让我们一起来看看。 单芯片解决方案，为蓝牙‘碎片化市场’提供‘广’与‘专’ 如何为蓝牙‘碎片化市场’提供更针对性的单芯片解决方案？都说物联网市场会是个碎片化的市场。那么蓝牙技术所面对的将是如何服务好这个碎片化市场的选择。其中蓝牙方案灵活适用性的广度和高集成度、系统成本最优的深度会持续挑战蓝牙厂家的方案提供能力。对此Dialog公司选择为不同的应用领域提供一系列通用的或应用定制的方案，为设计师保持开发灵活性的同时也保留成本优化的可能，使其能不妥协功耗、尺寸与系统成本。 Dialog 半导体公司近期所推出的SmartBond就是这样一系列蓝牙智能解决方案，其涵盖一系列通用方案与应用定制化方案，包括旗舰产品DA14580、以及专为不同特殊市场应用而生的DA1458X系列（图1）。Dialog全球产品市场总监Matthew Phillips表示，“在最初的旗舰产品DA14580（适用于Beacon、HID、智能家居）大获成功之后，我们考虑到了更多来自特殊市场定制的需求，并陆续开发了DA14581（A4WP无线充电应用）、DA14582（蓝牙智能遥控应用）、DA14583（集成Flash版本及OTA升级应用）、以及DA14680（可穿戴单芯片），希望继续给这些应用设计提供设计便捷性和高集成度、低功耗方案，助设计师进一步降低系统成本。在这些方案中，提供最节省功耗、小尺寸、高集成度是不变的追求。”

图1：为通用与定制化方案应用而生的DA1458X系列
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DA14581（针对A4WP无线充电和HCI应用）：在无线充电应用中，DA14581是为基于A4WP标准的松散耦合、高度谐振感应充电而优化的。能够在50毫秒内启动，并能够同时跟踪和控制8个设备的充电过程。针对HCI应用中，在OTP内存中的优化代码，能让设计师开发与外置微控制器和第三方栈(third-party stack)一起使用的预编程HCI产品。 DA14582（基于语言、手势控制的高集成度蓝牙智能遥控解决方案）：其是针对语音识别以及运动和手势识别技术，来控制下一代智能电视和机顶盒的RCU而优化的，它集成了模拟音频编解码器，原生支持模拟麦克风、扬声器和蜂鸣器。整个方案可轻松支持单层FR1PCB的设计要求，可使遥控方案整体系统成本大大降低（图2）。

图2：蓝牙智能遥控方案可轻松支持单层FR1PCB的设计要求，使遥控整体系统成本大大降低，更接近普通遥控器的价格。
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DA14583（DA14580的Flash版本、OTA软件升级）：DA14583带有1Mbit闪存，使设计能够通过无线（OTA）软件升级，使产品保持最新状态。该器件与DA14580 OTP版本脚兼容。这使设计工程师能够在其应用软件成熟后，在从闪存版本向OTP版本过渡时节省成本。 下一代可穿戴单芯片DA14680：在SmartBond系列中，所新推的DA14680芯片是专为下一代（多传感器融合的）可穿戴电子设备、智能家居设备或其他可充电设备所设计的智能蓝牙芯片（Wearable-on-Chip），支持Bluetooth 4.2核心规范（包括IPv6）。其内部集成的所有硬件都将有助于省电，包括30uA/MHz ARM Cortex-M0应用处理器、集成传感器中枢功能（Sensor Fusion）和硬件加密引擎，并通过内置的电源管理单元（包括电源轨）、电池充电器（DC/DC Charger）和电量计为可充电电池提供原生支持，为整个系统供电。该单芯片方案可广泛适用于（多传感器）可穿戴设备，包括健康医疗追踪、医疗监护、消费保健等，也适用于智能家居设备，包括安防设备、HVAC、照明等。

图3：现场展示茶壶盖中集成的6轴传感器数据，实时通过DA14680蓝牙传输至平板APP中。
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不妥协功耗与处理能力：DA14680最大的特色是能更好的平衡处理能力和功耗这对矛盾关系。DA14680内嵌超低功耗30uA/MHz 的ARM Cortex-M0应用处理器，但优于同类方案的是其预编程最大时钟频率可达96 MHz。据Dialog全球产品市场总监Matthew Phillips介绍，“通常的BLE方案会把主频固定在48MHz或其他，但DA14680的主频是软件控制可变的（0-96MHz），可按照应用需求短时上升时钟频率，同时其处理器性能优越，数据传输速度可高达84 DMIP，能管理多传感器阵列，并提供Always-on感测，完成包括Sensor Fusion在内的诸多处理能力，并同时保证低功耗。” 同时，该器件带有椭圆曲线加密算法（ECC）的专用硬件加密引擎，提供端到端的银行级加密。其高度集成性还包括集成了8 Mbitflash内存、PDM和I2S/PCM接口音频支持、两条独立的I2C和SPI总线、三个白光LED驱动器、一个温度传感器、多通道DMA和一个8通道10-bit ADC。

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《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 简化智能硬件设计之首选,高集成度蓝牙模块 提到简化智能硬件设计，蓝牙模块首当其冲，来自无线连接解决方案的领先供应商Silicon Labs所推出的全集成、预认证Bluetooth Smart模块解决方案BGM111，就是其中颇具代表性的一款高集成度蓝牙模块产品，为开发人员进行IoT无线连接提供了便捷的实现途径。所适的应用包括智能手机配件、信标设备（Beacon）、可连接家庭设备、健康和健身追踪器、个人医疗设备、汽车维修、工业传感器和售货点终端等。 高集成度:BGM111设计便捷性首先体现在高集成度上，其全集成的基于SoC模块架构（图4），基于ARM Cortex-M4，无需外部MCU。所集成的高性能天线和晶振，可简化了RF设计，设计师无需额外的RF或天线专业知识。该RF性能可达200米信号范围（Line-of-Sight）的传输距离。这一RF性能的优势对于诸如智能家居等应用十分重要。BGM111也集成Bluetooth Smart协议栈和嵌入式编程的复杂性。预装载Bluegiga Bluetooth4.1兼容的软件协议栈和配置文件，并且能够通过芯片固件升级到Bluetooth4.2或更高版本。高集成度也体现在模块尺寸（12.9mm*15mm*2.2mm）上，可用于各类空间受限应用中。

图4：BGM111基于全集成的基于SoC模块架构。
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超低功耗，优异的射频范围：BGM111模块的超低功耗运行特性使得Bluetooth Smart系统能够使用标准的单个3V纽扣电池或者两节AAA电池供电。内部SoC所集成的基于ARM? Cortex?-M4处理器的MCU在运行模式消耗59uA/MHz，而在睡眠模式下仅为1.7uA且可低至200nA（图5）。Soc的片上Bluetooth Smart收发器在峰值接收模式时仅消耗7.5mA电流，峰值发射模式下，0dBm时仅消耗8.2mA电流。该收发器也提供业界最灵活的发射功率，可配置到最高+8dBm，优异信号范围（line-of-sight）RF传输距离可达200米。

图5：BGM111能效管理有助于功耗敏感型设计。
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完全预认证: BGM111的设计便捷性表现在完全预认证特性上。BGM111模块基于Silicon Labs的Blue Gecko无线Soc，通过提供包括北美、欧洲和亚太等关键市场区域的Bluetooth和RF管理机构预认证，可实现即插即用Bluetooth Smart设计，有效的帮助开发人员减少开发成本和确保兼容性工作。据Silicon Labs无线模组资深产品营销经理MikkoSavolainen介绍：“业内普通认证流程需要3-6个月时间，并需要支付一定的费用，如果使用BGM111，在很多地区已有预认证，可以为产品开发省去这部分时间和费用。” 量产后降BOM：BGM111的设计便捷性还表现在帮助快速上市以及在上市量产后降成本的可能性。BGM111模块基于Silicon Labs的Blue Gecko系列SoC，设计人员可以从BGM111模块开始从事Bluetooth开发，享受其即插即用的便利性和设计灵活性，然后在需要时以最小限度的系统重新设计及完全兼容的软件，从BGM111无缝过度到Blue Gecko SoC，以优化物料清单。 高效开发环境：BGM111模块拥有Bluetooth 市场中最高效的开发环境。Silicon Labs的无线SDK为开发人员提供了极大的灵活性，可以利用易于使用的BluegigaBGScriptTM脚本语言选择采用外部主机控制或者完全单机操作模式。通过采用类似BASIC语言的语法，BGScript使得开发人员能够快速的开发Bluetooth应用，而无需使用外部MCU去实现应用逻辑。所有应用程序代码可以在BGM111模块上运行，无需外部MCU，这有助于降低成本，减少电路板空间，并缩短产品上市时间，各类Bluetooth Smart应用配置文件和示例更有利于开发。 此外，BGM111模块具有BlueGeckoSoc的所有特性，配有256kB闪存和32kBRAM，为板级应用提供了足够的存储空间。Soc内建的硬件加密加速器也为满足未来不断进化的安全需求提供了可预见性的保障。灵活的硬件接口能够方便的连接到各种外围设备和传感器。

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《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 能量采集+Beacon，努力达到最优效率 从iBeacon开始，关于Beacon的各类开发热度持续上升，消费模式与商业模式的探讨不绝于耳，据蓝牙技术联盟执行总监Mark Powell介绍，“Beacon与零售市场的增长预计在五年内成长85%，信标数将超6千万件。这个在两年前没有的市场，增长速度如此之快，足可见蓝牙点爆市场的能力。蓝牙的简单配置、低功耗（长电池寿命或零电池）与低成本优势在Beacon市场凸显无疑。”在展会现场，多家厂家展示了Beacon或其带有能量采集（利用太阳能或动能）的设计方案，可实现低成本、零电池的信标应用。其中，来自Cypress开发的最新能量采集Beacon设计（太阳能）及能量采集PMIC从性能到技术实现上更为优秀。 据Cypress工作人员介绍：“现场展示的带能量采集板的Beacon设计（图6），可采集太阳光或可见光，而无需其他供电方式，板子上还带有温湿度传感器，通过BLE的传输传到电脑上显示。该方案可在微弱光情况下（1.2微瓦）即可启动，优于业界一般方案，这也意味着普通方案可能需要2.5*5cm的太阳能板才能启动，而Cypress的方案太阳能板面积最小可做到1cm*1cm，即可启动，且方案整体转换效率高，芯片转换效率可达95%。该方案基于Cypress最新的能量采集PMIC开发结果。” 该公司早先还提供另两款PMIC，适用于太阳能源和振动能源能量采集的超低功耗降压PMIC，MB39C811，以及适用于太阳能源/热能源能量采集的超低功耗升压PMIC ，MB39C831。MB39C811具有1.5μA静态电流的调制输出电压，可利用来自光源和振动源的混合能量采集，其采用双桥整流器，可能采集到双向振动能源。MB39C831的最大特点则来自于其最大功率点跟踪，即MPPT，这种功能通过能源采集器跟踪峰值能量来实现采集功率的最优效率。

图6：Cypress基于太阳能的能量收集Beacon设计，在微弱光情况下即可启动。
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（EDN China 麦迪）

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